T.C.
SAKARYA ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
ÖRNEK BİR ALÜMİNYUM EKSTRÜZYON İMALAT TESİSİNDE ENERJİ VERİMLİLİĞİNİN İNCELENMESİ
YÜKSEK LİSANS TEZİ
Mert COŞKUN
Enstitü Anabilim Dalı : MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ Enstitü Bilim Dalı : ENERJİ
Tez Danışmanı : Dr. Öğretim Üyesi Ünal UYSAL
Mayıs 2019
ÖRNEK BİR ALÜMİNYUM EKSTRÜZVON İMALAT TESİSİNDE ENERJİ VERİMLİLİGİNİN İNCELENMESİ
YÜKSEK LİSANS TEZİ
Mert COSKUN
Enstitü Anabilim Dalı Enstitü Bilim Dalı
MAKİNE MÜHENDİSLİGİ ENERJİ
Bu tez�}.!� (2019 tarihinde aşağıdaki jüri tarafından oybirliği / oyçokluğu ile abul edilmiJİr .
. 1
ı.
ı • .1\ (' rr. Ö�e;.xı:1--
/"1 ��
Ünal UYSAL Nedim SÖZBİR
Jüri Başkanı Üye
Dr. Öğ:e:;;;:
Gökhan ERGEN Üye
BEYAN
Tez içindeki tüm verilerin akademik kurallar çerçevesinde tarafımdan elde edildiğini, görsel ve yazılı tüm bilgi ve sonuçların akademik ve etik kurallara uygun şekilde sunulduğunu, kullanılan verilerde herhangi bir tahrifat yapılmadığını, başkalarının eserlerinden yararlanılması durumunda bilimsel normlara uygun olarak atıfta bulunulduğunu, tezde yer alan verilerin bu üniversite veya başka bir üniversitede herhangi bir tez çalışmasında kullanılmadığını beyan ederim.
Mert COŞKUN 18.04.2019
i
TEŞEKKÜR
Tüm yaşıntım boyunca desteklerini hiçbir zaman için esirgemeyen aileme, yüksek lisans eğitimim boyunca değerli bilgi ve deneyimlerinden yararlandığım, her konuda bilgi ve desteğini almaktan çekinmediğim, araştırmanın planlanmasından yazılmasına kadar tüm aşamalarında yardımlarını esirgemeyen, teşvik eden ve aynı titizlikte beni yönlendiren değerli danışman hocam Dr. Öğretim Üyesi Ünal UYSAL’a teşekkürlerimi sunarım.
Laboratuvar olanakları konusunda anlayış ve yardımlarını esirgemeyen Alüminyum Test Eğitim ve Araştırma Merkezi Müdürü Dr. Öğretim Üyesi Ebubekir KOÇ’a, bilgi ve deneyimlerinden yararlandığım Yaşar AKÇA’ya, ölçümler esnasında destek veren Savaş ÖNDER’e, tez yazımında önemli olan kısımların belirlenmesi konusunda desteklerinden dolayı Zafer Çağatay ÖTER’e, Mustafa Safa YILMAZ’a ve Mustafa Enes BULDUK’a teşekkür ederim.
ii
İÇİNDEKİLER
3.2. Enerji Verimliliği ... 7
3.3. Türkiye’de Enerji Verimliliği ... 8
3.4. Türkiye’de Enerji Tüketimi ... 11
3.5. Binalarda Enerji Verimliliği ... 13
3.6. Sanayide Enerji Verimliliği ... 14
iii
5.1. Termik ve Homojenizasyon Fırınları ... 22
5.2. Biyet Tav Fırınları ... 23
5.3. Kalıp Tav Fırınları ... 24
5.4. Presler ... 25
5.5. Statik Toz Boya Sistemleri ... 25
5.6. Eloksal Sistemi ... 26
5.7. Ergitme ve Bekletme Ocakları ... 27
6.1. Yalıtım Çeşitleri ... 28
6.1.1. Isı yalıtımı…………. ... 28
6.1.2. Ses yalıtımı ……...………... 28
6.1.3. Su yalıtımı …………... ... 29
6.2. Kullanılan Yalıtım Malzemeleri ... 29
6.2.1. Isı yalıtım malzemeleri ... 29
6.2.1.1. Polietilen köpüğü ... 30
6.2.1.2. Elastomerik kauçuk köpüğü ... 31
6.2.1.3. Cam yünü ... 32
6.2.1.4. Taş yünü ... 32
6.2.1.5. Seramik yünü ... 33
6.2.1.6. Ekstrüde polistren köpük (XPS) ... 34
6.2.1.7. Ekspande polistren köpük (EPS) ... 34
6.2.1.8. Cam köpüğü ... 35
6.2.1.9. Kalsiyum silikat ... 36
6.2.1.10. Fenol köpüğü ... 36
6.2.1.11. Poliüretan ... . 37
iv
6.2.2. Ses yalıtım malzemeleri ... . 38
6.2.3. Su yalıtım malzemeleri ... 38
7.1. Termal Kamera Çalışma Prensibi………. ... 40
7.2. Termal Kameranın Özellikleri ... 41
7.3. Görüntü İşleme Programı ... 42
7.4. Enerji Kayıplarının Hesaplanması ... 43
8.1. Biyet Tav Fırını ... 46
8.1.1. Biyet tav fırını ölçümleri ... 46
8.1.1.1. Biyet tav fırını ilk ölçümleri ... 46
8.1.1.2. Biyet tav fırını revize önerileri ... 49
8.1.1.3. Biyet tav fırını revize sonrası ölçümleri ve sonuçlar ... 49
8.1.2. Biyet tav fırını 2 ölçümleri ... 51
8.1.2.1. Biyet tav fırını 2 ilk ölçümleri ... 51
8.1.2.2. Biyet tav fırını 2 revize önerileri ... 54
8.1.2.3. Biyet tav fırını 2 revize sonrası ölçümleri ve sonuçlar ... 54
8.1.3. Biyet tav fırını 3 ölçümleri ... 56
8.1.3.1. Biyet tav fırını 3 ilk ölçümleri ... 56
8.1.3.2. Biyet tav fırını 3 revize önerileri ... 58
8.1.3.3. Biyet tav fırını 3 revize sonrası ... 59
8.2. Kalıp Tav Fırını ……….……….. 59
8.2.1.Kalıp tav fırını ölçümleri ... 59
8.2.1.1. Kalıp tav fırını ilk ölçümleri ... 59
8.2.1.2. Kalıp tav fırını revize önerileri ... 62
8.2.1.3. Kalıp tav fırını revize sonrası ölçümleri ve sonuçlar ... 62
8.3. Boya Kurutma Fırını ... 65
8.3.1. Boya kurutma fırını ölçümleri ... 65
v
8.3.1.1. Boya kurutma fırını ilk ölçümleri ... 65
8.3.1.2. Boya kurutma fırını revize önerileri ... 67
8.3.1.3. Boya kurutma fırını revize sonrası ölçümleri ... 67
8.4. Termik Fırın……… ... 69
8.4.1. Termik fırın ölçümleri ... 69
8.4.1.1. Termik fırın ilk ölçümleri ... 69
8.4.1.2. Termik fırın revize önerileri ... 71
8.4.1.3. Termik fırın revize sonrası ölçümleri ve sonuçlar ... 72
8.5. Boya Kürleme Fırını ... 75
8.5.1. Boya kürleme fırını ölçümleri ... 75
8.5.1.1. Boya kürleme fırını ilk ölçümleri ... 75
8.5.1.2. Boya kürleme fırını revize önerileri ... 77
8.5.1.3. Boya kürleme fırını revizyon sonrası ölçümleri ve sonuçlar... 77
8.6. Ölçüm Sonuçlarının Değerlendirilmesi ... 79
8.7. Enerji Verimliliği Açısından Değerlendirme ... 86
vi
SİMGELER VE KISALTMALAR LİSTESİ
A1-6 : Fırının ön, arka, sağ, sol, üst ve boru yüzey alanları (m2)
d : Boru çapı (m)
e : Fırın duvarı radyan oranı ECB : Etilen kopolimer bitüm EPDM : Etilen propilen dien monomer EPS : Ekspande polistren köpük GSYH : Gayri safi yurtiçi hasıla GWh : Gigawatt saat
ht 1-4 : Fırının ön, arka, sağ, sol yüzeyinden olan ısı taşınım katsayısı
(W/m2°C)
ht 1-6 : Fırının ön, arka, sağ, sol, üst ve boru yüzeyinden olan ısı taşınım
katsayısı (W/m2°C)
ht5 : Fırının üst yüzeyinden olan ısı taşınım katsayısı (W / m2°C) ht6 : Boru yüzeyinden olan ısı taşınım katsayısı (W / m2°C) IAI : Uluslararası alüminyum enstitüsü
K : Kelvin
kPa : Kilopascal
kWh : Kilowatt saat
kJ : Kilojoule
m : Metre
m2 : Metrekare
MTEP : Milyon ton eşdeğer petrol PVC : Polivinil klorür
q3 : Fırın ön yüzeyinden ısı yayılımı (kJ)
q3-8 : Fırın ön, arka, sağ, sol, üst ve boru yüzeyinden ısı yayılımı (kJ)
vii
q4 : Fırın arka yüzeyinden ısı yayılımı (kJ) q5 : Fırın sağ yüzeyinden ısı yayılımı (kJ) q6 : Fırın sol yüzeyinden ısı yayılımı (kJ) q7 : Fırın üst yüzeyinden ısı yayılımı (kJ) q8 : Fırın boru yüzeyinden ısı yayılımı (kJ) t : Isı dengesi için gerekli zaman (h) TALSAD : Türkiye alüminyum sanayicileri derneği TEP : Ton eşdeğer petrol
TL : Türk lirası
TWh : Terawatt saat
TPO : Termoplastik poliolefin TS : Standart Sıcaklık +273 (K)
T3-8 : Fırının ön, arka, sağ, sol, üst ve boru yüzeylerindeki ortalama
sıcaklığı +273 (K)
T5 : Fırının sol yüzeyindeki ortalama sıcaklık +273 (K)
T7 : Fırının üst yüzeyindeki ortalama sıcaklık +273 (K)
T8 : Boru yüzeyindeki ortalama sıcaklık +273 (K)
UEVEP : Ulusal enerji verimliliği eylem planı
W : Watt
XPS : Ekstrüde polistren köpük
°C : Santigrat derece
μ : Mikron
µgm/Nh : Su buharı direnç katsayısı birimi λ : Isı iletim katsayısı (W / mK)
viii
ŞEKİLLER LİSTESİ
Şekil 1.1. Alüminyum üretim aşamalarında ürün maliyetine etki eden
parametreler……… 2
Şekil 3.1. Enerji verimliliği ile ilgili yapılan kanunlar ve planlar ... 9
Şekil 3.2. Yıllar itibari ile Türkiye birincil enerji tüketimi ... 11
Şekil 3.3. Yıllara göre üretim sanayi enerji tüketimleri ... 15
Şekil 5.1. Termik fırın ... 22
Şekil 5.2. Homojenizasyon fırını ... 22
Şekil 5.3.Tünel tipi biyet tav fırını ... 23
Şekil 5.4. Kutu tipi biyet tav fırını. ... 23
Şekil 5.5. Önden kapaklı kalıp tav fırını ... 24
Şekil 5.6. Üstten kapaklı kalıp tav fırını. ... 24
Şekil 5.7. Ekstrüzyon pres şematik gösterimi. ... 25
Şekil 5.8. Ekstrüzyon pres. ... 25
Şekil 5.9. Eloksal havuzu ... 26
Şekil 5.10. Ergitme ocağı ... 27
Şekil 5.11. Bekletme Ocağı ... 27
Şekil 6.1. Polietilen köpüğü ... 30
Şekil 6.2. Elastromerik kauçuk köpüğü ... 31
Şekil 6.3. Cam yünü ... 32
Şekil 6.4. Taş yünü ... 32
Şekil 6.5. Seramik yünü. ... 33
Şekil 6.6. Ekstrüde polistren köpük. ... 34
Şekil 6.7. Ekspande polistren köpük. ... 34
Şekil 6.8. Cam köpüğü ... 35
Şekil 6.9. Kalsiyum silikat ... 36
ix
Şekil 6.10. Fenol köpüğü ... 36
Şekil 6.11. Poliüretan ... 37
Şekil 7.1. Termal kamera ... 41
Şekil 7.2. Termal kamera T650SC ... 42
Şekil 7.3. FLIR programı arayüzü... 42
Şekil 7.4. Hesaplamaların gösterimi. ... 43
Şekil 8.1. Biyet tav fırını ön yüzey. ... 47
Şekil 8.2. Biyet tav fırını arka yüzey... 47
Şekil 8.3. Biyet tav fırını yan yüzey. ... 48
Şekil 8.4. Biyet tav fırını yan yüzey. ... 48
Şekil 8.5. Biyet tav fırını revize sonrası yan yüzey... 50
Şekil 8.6. Biyet tav fırını revize sonrası arka yüzey. ... 50
Şekil 8.7. Biyet tav fırını 2 ön yüzey. ... 52
Şekil 8.8. Biyet tav fırını 2 yan yüzey. ... 52
Şekil 8.9. Biyet tav fırını 2 yan yüzey. ... 53
Şekil 8.10. Biyet tav fırını 2 alt yüzey. ... 53
Şekil 8.11. Biyet tav fırını 2 revize sonrası yan yüzey... 55
Şekil 8.12. Biyet tav fırını 2 revize sonrası ön yüzey ... 55
Şekil 8.13. Biyet tav fırını 3 yan yüzey. ... 57
Şekil 8.14. Biyet tav Fırını 3 arka yüzey. ... 57
Şekil 8.15. Biyet tav fırını 3 üst yüzey. ... 58
Şekil 8.16. Kalıp tav fırını ön yüzey. ... 60
Şekil 8.17. Kalıp tav fırını arka yüzey. ... 60
Şekil 8.18. Kalıp tav fırını üst yüzey... 61
Şekil 8.19. Kalıp tav fırını yan yüzey. ... 61
Şekil 8.20. Kalıp tav fırını revize sonrası üst yüzey. ... 63
Şekil 8.21. Kalıp tav fırını revize sonrası ön yüzey. ... 63
Şekil 8.22. Kalıp tav fırını revize sonrası yan yüzey. ... 64
Şekil 8.23.. Boya kurutma fırını yan yüzey. ... 65
Şekil 8.24. Boya kurutma fırını üst yüzey. ... 66
Şekil 8.25. Boya kurutma fırını yan yüzey. ... 66
Şekil 8.26. Boya kurutma fırını revize sonrası yan yüzey. ... 68
x
Şekil 8.27. Boya kurutma fırını revize sonrası üst yüzey. ... 68
Şekil 8.28. Termik fırını ön yüzey. ... 70
Şekil 8.29. Termik fırını arka yüzey. ... 70
Şekil 8.30. Termik fırını yan yüzey. ... 71
Şekil 8.31. Termik fırını revize sonrası ön yüzey. ... 72
Şekil 8.32. Termik fırını revize sonrası ön kapak. ... 73
Şekil 8.33. Termik fırını revize sonrası arka yüzey. ... 73
Şekil 8.34.Termik fırını revize sonrası yan yüzey. ... 74
Şekil 8.35. Boya kürleme fırını yan yüzey. ... 75
Şekil 8.36. Boya kürleme fırını yan yüzey. ... 76
Şekil 8.37. Boya kürleme fırını revize sonrası yan yüzey... 77
Şekil 8.38. Boya kürleme fırını revize sonrası yan yüzey... 78
Şekil 8.39. Biyet tav fırını 1 ilk ölçüm………..…... 79
Şekil 8.40. Biyet tav fırını 1 ikinci ölçüm……….. 79
Şekil 8.41. Biyet tav fırını 2 ön yüzey ilk ölçüm. ... 80
Şekil 8.42. Biyet tav fırını 2 ön yüzey ikinci ölçüm………. 80
Şekil 8.43. Biyet tav fırını 2 yan yüzey ilk ölçüm. ... 80
Şekil 8.44. Biyet tav fırını 2 yan yüzey ikinci ölçüm. ... 80
Şekil 8.45. Kalıp tav fırını yan yüzey ilk ölçüm ... 81
Şekil 8.46. Kalıp tav fırını yan yüzey ikinci ölçüm ... 81
Şekil 8.47. Boya kurutma fırını üst yüzey ilk ölçüm. ... 82
Şekil 8.48. Boya kurutma fırını üst yüzey ikinci ölçüm. ... 82
Şekil 8.49. Termik fırın ön yüzey ilk ölçüm. ... 83
Şekil 8.50.Termik fırın ön yüzey ikinci ölçüm. ... 83
xi
TABLOLAR LİSTESİ
Tablo 3.1. Enerjinin endüstriyel tüketim miktarları ... 12
Tablo 4.1. Alüminyum ithal edilen ülkeler ve payları . ... 16
Tablo 4.2. Alüminyum ihraç edilen ülkeler ve payları. ... 17
Tablo 4.3. En çok alüminyum ithal eden ülkeler ve payları. ... 18
Tablo 4.4. En çok Alüminyum ihraç eden ülkeler ve payları. ... 19
Tablo 4.5. Alüminyum üretim sektörleri ve bu sektördeki firmaların üretimdeki payları ……….. 20
Tablo 6.1. Sıcaklıklara göre yalıtım malzemesi kullanımları. ... 30
Tablo 6.2. Polietilen köpüğü özellikleri. ... 31
Tablo 6.3. Elastomerik kauçuk köpüğü. ... 31
Tablo 6.4. Cam yünü özellikleri. ... 32
Tablo 6.5. Taş yünü özellikleri. ... 33
Tablo 6.6. Seramik yünü özellikleri. ... 33
Tablo 6.7. Ekstrüde polistren köpük özellikleri. ... 34
Tablo 6.8. Ekspande polistren köpük özellikleri. ... 35
Tablo 6.9. Cam köpüğü özellikleri. ... 35
Tablo 6.10. Kalsiyum silikat özellikleri ... 36
Tablo 6.11. Fenol köpüğü özellikleri. ... 37
Tablo 6.12. Poliüretan özellikleri. ... 37
Tablo 8.1. Biyet tav fırını ilk ölçüm sonuçları. ... 49
Tablo 8.2. Biyet tav fırını revize sonrası ölçüm sonuçları. ... 51
Tablo 8.3. Biyet tav fırını 2 ilk ölçüm sonuçları ... 54
Tablo 8.4. Biyet tav fırını 2 revize sonrası ölçüm sonuçları. ... 56
Tablo 8.5. Biyet tav fırını 3 ilk ölçüm sonuçları ... 58
Tablo 8.6. Kalıp tav fırını ilk ölçüm sonuçları. ... 62
Tablo 8.7. Kalıp tav fırını revize sonrası ölçüm sonuçları. ... 64
xii
Tablo 8.8. Boya kurutma fırını ilk ölçüm sonuçları. ... 67
Tablo 8.9. Boya kurutma fırını revize sonrası ölçüm sonuçları. ... 69
Tablo 8.10. Termik fırını ilk ölçüm sonuçları. ... 71
Tablo 8.11. Termik fırını revize sonrası ölçüm sonuçları. ... 74
Tablo 8.12. Boya kürleme fırını ilk ölçüm sonuçları. ... 76
Tablo 8.13. Boya kürleme fırını revize sonrası ölçüm sonuçları. ... 78
Tablo 8.14. Birinci biyet tav ölçüm sonuçları karşılaştırılması. ... 79
Tablo 8.15. İkinci biyet tav ölçüm sonuçları karşılaştırılması. ... 80
Tablo 8.16. Kalıp tav ölçüm sonuçları karşılaştırılması. ... 81
Tablo 8.17. Boya kurutma fırını ölçüm sonuçları karşılaştırılması. ... 82
Tablo 8.18. Termik fırın ölçüm sonuçları karşılaştırılması. ... 83
Tablo 8.19. Boya kürleme fırını ölçüm sonuçları karşılaştırılması. ... 84
Tablo 8.20. Tüm sonuçların karşılaştırılması. ... 84
Tablo 8.21. Sıcaklık düşüşü en fazla olan makine sonuçları. ... 85
Tablo 8.22. Enerji verimliliği en yüksek makine sonuçları. ... 85
Tablo 8.23. Gelecekteki değer tablosu. ... 86
Tablo 8.24. Enerji verimliliğinin değerlendirilmesi. ... 86
xiii
ÖZET
Anahtar kelimeler: Alüminyum, Ekstrüzyon, Enerji Verimliliği
Alüminyum imalatı sırasında enerji ihtiyacının yüksek olduğu bilinmektedir. Bu çalışmada, ekstrüzyonla Alüminyum üretimi yapan tesislerde üretim kalitesi ve miktarının düşüşüne yol açmadan enerji verimliliğinin sağlanması, ısı transferinde kayıpların en aza indirgenerek yüksek verimin elde edilmesi ve tesislerde önemli bir maliyet unsuru haline gelen enerji talebinin azaltılması amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda mevcut olan ve ısı kaybına neden olan makinalar belirlenmiştir.
Belirlenen her bir makina için termal kamera ile ölçümler yapılmıştır. Termal kamera ile elde edilen sonuçlar programa işlenerek ısı kaybına neden olan kısımlar tespit edilip, ısı kaybının gerçekleştiği yere bağlı olarak çeşitli izolasyon ve mekanik tamir önerilerinde bulunulmuştur. Öneriler doğrultusunda yapılan revize çalışmaları sonrası tekrar ölçümler yapılmıştır. Revize öncesi ve revize sonrası olacak şekilde tüm makinalar için enerji kayıpları hesaplanmış ve durumlar arasındaki enerji tasarrufu belirlenmiştir. Mekanik tamir ve izolasyon için yapılan revize maliyetleri hesaplanmıştır. Revize maliyetleri ile makinanın ısı kaybının engellenmesiyle oluşan ekonomik girdi karşılaştırılıp, revize maliyetlerinin her makina için kendini ne kadar sürede amorti edeceği hesaplanmıştır. Ayrıca revize önerileri gerçekleştirilmeyen makinalar için de tekrar ölçüm gerçekleştirilmiştir. Yapılan ölçümler sonucunda makinaların iki ölçüm arasındaki sürede ne kadar enerji kaybı yaşadığı belirlenmiştir.
Çalışmada elde edilen sonuçlara göre enerji verimliliği için revize yapılması önerilen makinalarda varan 33240,5 kWh/Ay’lık ısı kayıpları ve buna tekabul eden 8510 TL/Ay’lık maliyet engellenmiştir.
xiv
INVESTIGATION OF ENERGY EFFICIENCY IN A PILOT ALUMINUM EXTRUSION MANUFACTURING PLANT SUMMARY
Keywords: Aluminium, Extrusion, Enerji Efficiency
It is known that the energy requirement during the manufacturing of aluminium is high.
Aim of this study was to achieve the highest possible heat energy efficiency and to decrease the total energy demand without any decrease in the production quality and quantity in Aluminum extrusion facilities. For this purpose, machines with the highest heat loss were determined. Measurements were made via a thermal camera for each machine. The results obtained by the thermal camera were processed in a software and the parts causing heat loss were detected. Various isolation and mechanical repair suggestions were made depending on the location of the heat loss. After the revisions made in accordance with the recommendations, thermal camera measurements were repeated. The energy losses for all machines were calculated before and after the revisions and the ultimate energy saving obtained after revisions were determined.
Revision costs for mechanical repair and isolation were also calculated. The economic input caused by the heat loss of each machine were compared to the revision costs to determine the pay-off period of each revision. In addition, measurements were also performed for machines that did not undergo any revision to calculate the amount of the energy loss experienced the two measurements in these machines. According to the results obtained in the study, 33240,5 kWh / Month heat losses and the corresponding cost of 8510 TL / Month were prevented in the machines revised for increased energy efficiency.
GİRİŞ
Enerji ihtiyacının büyük bir bölümünü karşılayan fosil yakıtların kullanım oranı gün geçtikçe artmaktadır. Nüfusun artmasıyla birlikte enerjiye olan talep de artmıştır.
Ancak enerji talebi karşısında fosil yakıt rezervleri bu talebe karşılık göstermemekle birlikte her geçen gün azalmaktadır. 2011’de yayınlanan Dünya Enerji Konseyi Türk Milli Komitesi enerji raporunda belirtildiği gibi Türkiye’de giderek artan nüfusla birlikte ekonomik ve sosyal açından enerji talebi ile karşı karşıyadır [1]. Tüm dünyada geçerli olan bu durum karşısında ülkelerin enerji verimliliği çalışmaları yapma gerekliliğini ortaya koymuştur. Ülkemizde bu kapsamda sanayide enerji verimliliği ve son zamanlarda ise binalarda enerji verimliliği çalışmaları hız kazanmıştır. Bu durum göz önünde bulundurulduğunda 02.05.2009 tarihinde yürürlüğe giren 5627 sayılı kanun ile tüm işletmelerin ve yeni yapıların enerji verimliliği ile ilgili, tanımları kapsamları, tarafları, yükümlülükleri ve yaptırımları belirlenmiştir [2].
Alüminyum sektörü dünyada olduğu gibi Türkiye’de de hızla gelişmektedir. IAI’nın 2030 yılı için öngördüğü verilere göre alüminyum sektöründeki büyüme oranı % 7 olarak beklenmektedir [3]. Türkiye’nin ihracattaki en önemli sektörlerinden biri olan ekstrüzyon sektörü dünyada 7. sırada olmasıyla birlikte dünya ticaretinin %4’ünü oluşturmaktadır [3]. Alüminyum sektöründeki firmalar son yıllarda üretim prosesinde önemli bir maliyet olan enerjinin artmasından dolayı farklı alanlara yönelmeye başlamıştır. Bu kapsamda, özellikle enerji verimliliği konusunda çalışmalara odaklanılmıştır.
2
Şekil 1.1. Alüminyum üretim aşamalarında ürün maliyetine etki eden parametreler [4].
Şekil 1.1.’de görüldüğü üzere özellikle ülkemizin üretiminde kaynaklarının yetersiz olduğu birincil alüminyumda enerji faktörü ciddi bir maliyet oluşturmaktadır. Bu yüzden üretimlerdeki maliyetleri azaltmak adına enerji verimliliği kapsamında çalışmalar hız kazanmalıdır.
Bu çalışmanın amacı katma değeri yüksek olan Alüminyum ekstrüzyon sektöründe ülkemizde yer alan tüm işletmelerin enerjiyi daha verimli kullanmaları, maliyet avantajı aracılığıyla dünyadaki rekabet güçlerini artırmaları ve enerji verimliliğinin artırılmasıdır.
Bu çalışmada, ikinci bölümde daha önce yalıtım özelinde yapılmış çalışmalardan bahsedilmiştir. Üçüncü bölümde, ülkemizde enerji verimliliği hakkında oluşturulan kanunlardan, stratejilerden ve çalışmalardan bahsedilmiştir. Bunu takiben ülkemizde enerji tüketimi ve sektörlere göre dağılımından bahsedilmiştir. Dördüncü bölümde alüminyum sektörünün oluşumundan, ihracat ve ithalat rakamlarından bahsedilmiştir.
Beşinci bölümde ekstrüzyonla alüminyum üretim tesislerinde kullanılan ekipmanlardan bahsedilmiştir. Altıncı bölümde yalıtım, yalıtım çeşitleri ve yalıtımda kullanılan malzemeler açıklanmıştır. Yedinci bölümde kullanılan yöntem ve bu yöntemde veri elde edilebilmesi için hangi programların kullanılması gerektiğinden bahsedilmiştir. Sekizinci bölümde kullanılan makinalarda ısı kayıplarının termal
kamera ile ölçülmesi, ölçülen sonuçlar hakkında yorumlar ve hesaplamalar yapılması izolasyon ve mekanik tamir önerilerinde bulunulması, ikinci ölçüm sonuçlarında kullanılan makinaların ısı kayıplarındaki azalmalar tespit edilerek enerji verimliliği kapsamında tasarrufları belirlenmiş ve kıyaslanmıştır. Son bölümde ise elde edilen sonuçlardan ve sonuçların etkilerinden bahsedilmiştir.
LİTERATÜR ARAŞTIRMASI
Enerji verimliliğini sağlamak amacıyla yapılabilecek oldukça fazla işlem mevcuttur.
Bu işlemler arasında atık ısı kazanımı, daha verimli sistemlerin kullanımı ve yalıtım yapılması gibi örneklerden bahsedebiliriz. Aşağıdaki literatür taramasında konumuzun amacına uygun olarak yalıtım özelinde daha önce yapılmış olan çalışmalar ele alınmıştır. Bu çalışmalardaki kullanılan malzemeler, hangi yöntemle ısı kayıplarının tespit edildiği, sağlanan enerji verimlilikleri ve elde edilen kazancın ne kadar sürede geri döneceği hakkında açıklamalardan bahsedilmiştir.
Toygarlar, 2014 yılında yüksek lisans tezinde endüstriyel bir tesiste üç farklı makine için yalıtım çalışması yapmıştır.
İlk olarak soğutma hattı üzerinde yaptığı izolasyon çalışmasında elastomerik kauçuk kullanmıştır. Bu malzeme ile 10 m2’lik bir alan ve 27 m’lik bir boru yalıtımlı hale getirilmiştir. Yatırım maliyeti 1197 TL olan bu çalışmada yıllık 7668 TL’lik bir enerji tasarrufu elde edilmiştir. Bu çalışmadaki yapılan yatırım kendini yaklaşık 2 ay içinde amorti etmiştir [1].
İkinci olarak fırın duvarı izolasyonu çalışmasında fırın gövdesindeki ısıl kaçakları termal kamera yöntemiyle tespit etmiştir. Tespit edilen fırın brülör duvarlarındaki ısı kayıplarını engellemek amacıyla cam yünü yalıtım malzemesi kullanmıştır. Yatırım maliyeti 292 TL olan bu çalışmada yıllık 4544 TL’lik bir enerji tasarrufu elde edilmiştir. Bu çalışmadaki yapılan yatırım kendini yaklaşık 1 ay içinde amorti etmiştir [1].
Üçüncü olarak ise sıcak su hattı yalıtımı çalışmasında ısıl kaçakların kaynaklandığı yerleri tespit etmiştir. Bu çalışmada, 19 m2 izolasyonsuz boru ve 3 adet eşanjör yalıtımı
yapılmıştır. Yalıtım malzemesi olarak cam yünü ve vana ceketi kullanılmıştır. Yatırım maliyeti 3843 TL olan bu çalışmada yıllık 5679 TL’lik bir enerji tasarrufu elde edilmiştir. Bu çalışmadaki yapılan yatırım kendini yaklaşık 8,5 ay içinde amorti etmiştir [1].
Cabak, 2018 yılında yüksek lisans tezinde tekstil sektöründeki bir firmada enerji verimliliği çalışmaları gerçekleştirmiştir. Isıl kayıplarını termal kamera ile tespit etttiği dijital baskı makinesinde uyguladığı yalıtım işlemleri sonucunda 3750 TL’lik bir yatırımla yıllık 8479,8 TL’lik bir enerji tasarrufu elde etmiştir. Bu çalışmadaki yatırım geri dönüş süresi yaklaşık 5,5 aydır. Cabak, ikinci çalışmasında ise vana ceketi uygulaması gerçekleştirmiştir. Vana ceketi uygulamalarında genellikle cam yünü, taş yünü ve seramik yünü kullanıldığını belirtmiştir. Yalıtımsız vanalardaki ısıl kayıpları termal kamera yöntemiyle tespit etmiştir. Yatırım maliyeti 63349 TL olan yalıtım çalışmaları sonrasında yıllık 66150 TL’lik bir enerji tasarrufu elde etmiştir. Yatırımın geri dönüş süresi yaklaşık 11,5 ay’dır [5].
Rüşen ve Topçu, 2016 yılında gıda sektöründeki bir firmada buhar kazanı yalıtımı ve buhar hattında bulunan vanaların yalıtımı üzerinde çalışmışlardır. Çalışmalarında kazan yüzeyine yalıtım yapılması durumunda yıllık 2667 dolar ve vanalara yalıtım uygulanması durumunda ise yıllık 7035 dolar kazanç sağlanacağını belirtmişlerdir [6].
Yalçınkaya, 2016 yılında yüksek lisans tezinde tekstil sektöründeki bir firmada enerji verimliliği çalışmaları gerçekleştirmiştir. Yaptığı çalışmada boru, vana ve flanşlar üzerindeki ısıl kayıpları termal kamera yöntemiyle tespit etmiştir. Elde ettiği sonuçlar ışığında izolasyonlu ve izolasyonsuz durum arasında %20’lik bir enerji tasarrufu potansiyelini hesaplamıştır. Aynı sistem için hazırladığı maliyet tablosundaki değerlerin, elde edilen kazanca oranından yaklaşık 3 yıl içinde yapılan yatırımın kendini amorti ettiğini belirlemiştir [7].
Ünlü, 2009 yılında Tekstil sektöründe bir firmada buhar dağıtım hatları ve vanalarına yalıtım işlemi uygulamıştır. Bu uygulamada buhar dağıtım hatları normal ve vanalar özel ceketlerle yalıtılmıştır. Sonuç olarak 106,3 TEP değerinde enerji tasarrufu edilmiş
6
olup, elde edilen bu tasarrufla birlikte, yapılan yatırım kendini 6 ay içinde amorti etmiştir [8].
Demir-çelik sektöründe faaliyetler gösteren İSDEMİR 2005 yılında yaptığı bir çalışmada kızgın su ve buhar hatlarındaki tam yalıtılamamış kısımlara yalıtım işlemi uygulamıştır. Bu çalışma sayesinde 20160 TEP değerinde enerji tasarrufu edilmiş olup, elde edilen bu tasarrufla birlikte, yapılan yatırım kendini 11 günde içinde amorti etmiştir [8].
Yapılan literatür araştırmasında farklı metal imalat sektörleri izolasyonun enerji tüketimine etkisini araştırıldığı görülmüştür. Ancak alüminyum imalatı ile ilgili herhangi bir çalışma yapılmamıştır. Bu nedenle, böyle bir çalışma yapılması gerekliliği ortaya çıkmıştır.
TÜRKİYE’DE ENERJİ VERİMLİLİĞİ VE TÜKETİMİ
Bu başlık altında enerji ve enerji verimliliği tanımlarından, ülkemizde oluşturulan kanunlardan, stratejilerden ve çalışmalardan, binalarda ve sanayideki enerji verimliliğinin öneminden bahsedilecektir.
3.1. Enerji
Enerji “bazen iş yapabilme yeteneği olarak karşımıza çıkarken bazen sıvı yakıt doğalgaz ve kömür gibi yakıt şekilleriyle bunlardan elde edilen ısı ve elektrik olarak veya konforlu ve rahat bir geçim sağlamak için gerekli olan para” olarak ifade edilmiştir [9].
Enerji, sistemlerin çalışması için ne kadar gerekli ise ileri teknolojileri gelişimi günlük ihtiyaçlarımız ve sanayide talep edilen üretimin sağlanması için de bir o kadar gereklidir [1]. Birçok çeşidiyle kullandığımız enerji güvenilir, kesintisiz ve düşük maliyetli olmalıdır [10].
Ülkelerin birbirleriyle olan rekabetlerinde sanayilerini ayakta tutabilmek ve gelişimindeki sürekliliği sağlamaları için ciddi bir maliyet unsuru olan enerjiyi etkin kullanma konusunda dikkatli ve hassas davranmaları gerekmektedir. Bu açıdan ülkelerin birbirlerinin gerisinde kalmaması için dikkat edilmesini hususlardan biri enerji tüketimi ve üretimidir [11].
3.2. Enerji Verimliliği
Enerji verimliliği, ürünlerin kalitelerinden ödün vermeden, makina, sistem ve yapılardaki enerji kayıplarını önlemek, her türlü atığın geri kazanımı, her geçen gün
8
azalan kaynakların daha verimli kullanılması gibi enerji geri kazanımlarının bütünüdür [12].
Enerji verimliliğinin temel amacı; “kullanılması gereken limitler kapsamında mümkün olan en az enerji ihtiyacıdır. Bu bağlamda enerji verimliliği, tasarruf edilen enerji ile bu tasarrufa etken olan gerekli harcamalar arasında bir denge ölçütüdür.” [9]. Bu açıdan, “enerji verimliliğini etkileyen olumsuzlukların ortadan kaldırılarak, enerji verimliliğinde davranışın geliştirilmesi, geliştirme ve iyileştirme yöntemlerinin kullanılması, ileri teknolojileri de kullanarak enerjinin etkin kullanılması”
gerekmektedir [9].
Nüfusun artışı, sanayinin ve yeni teknolojilerin gelişmesi, enerjiye olan talebin artması, enerji kaynaklarının zamanla tükenecek olması ve bu tükenecek kaynakların fiyatlarının zaman içinde dalgalanması enerji kaynaklarının daha verimli kullanılması gereklililiğini ortaya koymuştur. Enerji verimliği uygulamaları ile birlikte fosil yakıtlara olan ihtiyaç azaltılabilir, bu sayede gelecekte tükenecek olan enerji kaynakları koruma altına alınabilir, yeni teknolojilerin üretimi ve gelişmesindeki maliyetler azaltılabilir, dışa bağımlı kalmadan ülkelerin refah seviyeleri artabilir [5].
3.3. Türkiye’de Enerji Verimliliği
Ülkemiz enerjiyi verimli kullanamamakla birlikte diğer ülkelere göre de enerji verimliliği düşüktür. Ortaya çıkan yeni teknolojileri eski sistemlere uyarlayarak enerji verimliliği sağlanabilir [13]. Enerji verimliliği çalışmaları ile birlikte üretimdeki en önemli unsurlardan biri olan enerji maliyetleri azalacak ve ülkemiz ekonomisine katkı sağlayarak sektöre göre rekabet gücünü artıracaktır [14].
Ülkemizde ilk enerji verimliliği çalışmalarına yönelik olarak iki yönetmelik 19.9.1972 tarihli ve 3.11.1972 tarihli Resmi Gazete’lerde Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı’nca yayınlanmıştır. Bu yönetmeliklerde bağlayıcı ve katı kurallar olmadığından dolayı verimlilik elde edilememiştir [2].
Ülkemiz 24 Mayıs 2004 tarihinde Birleşmiş Milletler İklim Değişikliği Çerçeve Sözleşmesine ve 2009 yılında Kyoto Protokolü’ne taraf olmuştur. Ülkemiz bu iki küresel düzenlemeye taraf olarak enerji verimliliği konularında stratejisini belirlemiştir.
Ülkemizde enerji verimliliği ile ilgili ifadeler 7. ve 8. Beş Yıllık Kalkınma Planları’nda yer almıştır. 7. Beş Yıllık Kalkınma Planı’nda, “Yurtiçi enerji kaynaklarının miktar ve kalite olarak yetersiz ve yüksek maliyetli olması, ithal enerji kaynakları için gerekli döviz ihtiyacı, aşırı enerji kullanımının çevre sorunu yaratması gibi nedenlerden dolayı, sanayide ve toplumsal yaşamın her kesiminde enerji yoğunluk değerlerinin aşağıya çekilmesi, verimliliğin artırılması ve tasarruf programlarının hayata geçirilmesi sağlanacaktır.” denilmektedir [15].
8. Beş Yıllık Kalkınma Planı’nda ise “Günümüzde, kişi başına enerji tüketimi bir gelişmişlik göstergesi olmaktan çıkmıştır. Amaç, kişi başına enerji tüketimini artırmak değil, bir birim enerji tüketimi ile en fazla üretimi ve refahı yaratmak” denilmektedir.
7. Ve 8. Beş Yıllık Kalkınma Planında enerji verimliliğinin artırılması konusunda çeşitli çalışmalar yapılması amaçlanmıştır [15].
Şekil 3.1. Enerji verimliliği ile ilgili yapılan kanunlar ve planlar [16].
10
Şekil 3.1.’de gösterilen gelişmelerde 2007 yılında çıkan 5627 numaralı Enerji Verimliliği Kanunu ile enerji verimliliği konusunda önemli bir sürece girilmiştir. 5627 numaralı kanunun amacı enerji kaynaklarının korunması ve enerji verimliliğin artırılması olarak belirlenmiştir [17]. Bu kanunda önemli özelliklerinden biri de bağlayıcı kurallar bulunmakla birlikte uygulamayanlara cezai işlem verilmesi durumu söz konusudur.
2010 ve 2023 yıllarını kapsayan strateji belgeleri olarak Ulusal İklim Değişikliği Strateji Belgesi ve Enerji Verimliliği Strateji Belgesi belirlenmiştir. Bu belgelerde özet olarak enerji verimliliğinin yaygınlaşması ve Türkiye’nin enerji verimliliği hedeflerine ulaşması için yapılması gereken çalışmalar belirlenmiştir [18].
Belirtilen kanunlar, planlar ve stratejik durumlar arasında ülkemizin 2014 ve 2018 yılları arasındaki 10. Kalkınma Planı’nda enerji verimliliğinin geliştirilmesi programı başlığı ön plana çıkmıştır.
Ülkemizin 2015-2019 yıllarını kapsayan Stratejik Belgesinde yer alan Enerji Verimliliği ve Enerji Tasarrufu başlıklarında enerjisini verimli kullanan bir Türkiye enerji verimliliğine ve tasarrufuna yönelik gelişmiş kapasite olarak belirlenen amaçlar enerji verimliliği ve enerji tasarrufu konularında atılmış bir diğer önemli adım olarak görülmektedir.
Ülkemizde enerji verimliliği konusundaki en son yayınlanan strateji belgesi 2017 ve 2023 yıllarını kapsayan Ulusal Enerji Verimliliği Eylem Planı’dır. Bu eylem planına göre 2023 yılına kadar 23,9 milyon MTEP enerji tasarrufu sağlaması beklenmekte ve bu tasarrufla birlikte birincil enerji tüketiminde %14 oranında bir azalma öngörülmektedir. 2033 yılına kadar enerji tasarruf miktarının 30,2 milyar dolara ulaşması beklenmektedir [19].
3.4. Türkiye’de Enerji Tüketimi
Ülkemizde 2016 yılında 278,4 milyar kWh’lık elektrik tüketimi gerçekleşmiştir [20].
Elektrik tüketimi 2017 yılı Temmuz ayında 2016 yılının Temmuz ayına göre %4,7 artmıştır [21].
Ülkemizin artan nüfusu ve gelişen sanayisiyle birlikte enerji tüketimi Şekil 3.2.’de görüldüğü gibi her geçen yıl artmaktadır. Ülkemizin küresel rekabette yer alabilmesi için üretim maliyetlerinde ciddi bir maliyet olan enerjinin tüketimine dikkat etmesi ve son zamanlarda uygulamış olduğu enerji programlarını daha etkin bir şekilde sürdürmesi gerekmektedir. Enerji tüketimindeki artış son yıllarda daha çok belirgin hale gelmiştir. 2017 yılında enerji tüketimindeki yaklaşık %14’lük artış grafikteki tüm yıllardaki artıştan oldukça fazla olarak gerçekleşmiştir.
Şekil 3.2. Yıllar itibari ile Türkiye birincil enerji tüketimi [6].
Türkiye gelişmekte olan bir ülkedir. Gelişen ülkelerin de buna paralellik göstererek enerji tüketimleri de artmaktadır. Yıllık olarak enerji tüketimi yaklaşık %4-5, oranında artmakta ve bu oran yaklaşık olarak dünya ortalamasının iki katıdır [22].
12
Son yıllarda ülkemizde enerji verimliliği kavramı, çeşitli sempozyumlar, paneller konferanslar ve projeler ile desteklenmiş, bazı kanun ve politik düzenlemelerinin içine dahil edilmiştir [23]. Örnek vermek gerekirse gelişmekte olan ülkemizde kaynakların sınırlı olması, artan nüfus ve sanayiyle birlikte enerji talebinin hızla büyümesi, enerji verimliliği çalışmalarındaki önemi ciddi bir şekilde göstermektedir [24].
Tablo 3.1. Enerjinin endüstriyel tüketim miktarları [5].
Endüstri Endüstriyel Tüketim Miktarı (%)
Toplam Maliyette Enerji Oranı (%)
Demir Çelik 34,9 11,5-48
Demir Olmayan Metaller 2,3 6,2-47,5
Seramik 4,5 32,5
Çimento 19,7 55
Cam 1,7 22-42
Kağıt ve Selüloz 3,4 9-30
Tekstil 5,9 8-10
Petrokimya 4,6 28,5
Ana Kimyasallar 2,2 24
Suni Gübre 5,2 40
Petrol Rafineleri 2,9 4
Boya 0,05 1,6
İlaç 0,12 1,5
Sabun, Temizlik 0,3 2,1
LPG 0,24 1
Diğerleri 4 -
Orman Ürünleri 0,52 6
Metal Mobilyalar 0,3 4
Un Sanayi 0,06 4
Çay 0,52 3,5
Şeker 2,99 8,5
Yağ 0,99 3,7-6
Sebze ve Meyve Endüstrisi
0,47 6,44
Tütün Sanayi 0,77 0,7-6
Toplam 100
Tablo 3.1.’de görüldüğü gibi alüminyum üretim sistemlerinin de içinde bulunduğu Demir olmayan metaller grubunun toplam maliyetteki oranı oldukça yüksektir. Bu sektörlerde uygulanacak enerji verimliliği ile birlikte birim maliyetlerde büyük düşüşler yaşanabilir. Bu sayede ülkemizin alüminyum sektöründeki rekabet gücü daha da üst seviyelere taşınacaktır.
3.5. Binalarda Enerji Verimliliği
Binaların enerji verimliliği ile ilgili en önemli yasal düzenleme, Binalarda Enerji Performansı Yönetmeliğidir [25]. Bu yönetmelikte bir binanın enerji verimliliği ile ilgili olarak tüm çalışmalara yer verilmiştir. Örnek olarak, enerji hesaplarının belirlenmesi, yenilenebilir enerji kaynaklarının yapılara entegre edilmesi, çevreye duyarlı yapılar ve ısıtma-soğutma sistemlerinin kontrolü gibi uygulama esasları belirlenmiştir. Çalışmalarla binalardaki enerjinin verimli hale getirilmesi ile birlikte daha sonradan yapılacak binalar ve yapılar için bu durum bir ışık olacaktır. Bu sayede binalardaki enerji verimliliği daha yapılar yapılmadan önce sağlanmış olacak, ekstra maliyetlerden kaçılmış olacaktır.
Ülkemizde 2010 yılında tüketilen birincil enerjinin %26,4’ünü konutlar ve hizmetler oluşturmaktadır [26]. Binalarda enerjinin çoğu ısınma amaçlı kullanılmakta ve ülkemiz nüfusun %43,3’ünün oturduğu yapılarda ve binalarda ısı yalıtım sorunları mevcuttur. Isı yalıtımı sağlanması halinde ciddi bir enerji verimliliği ortaya çıkacaktır [26].
Konut sektöründe %30 enerji tasarruf potansiyeli olduğu tespit edilmiştir [27]. 2011 yılı Ocak ayı itibariyle binalarda Enerji Kimlik Belgesi uygulaması başladı. 2020 yılı için yapılan enerji verimliliği çalışmalarında 222 MTEP’lik enerji ihtiyacının yaklaşık 33,3 MTEP’lik değerini azaltabilecek bir potansiyel olduğu görülmüştür [28].
2017 – 2023 yılları arasını kapsayan Ulusal Enerji Verimliliği Eylem Planı verilerine göre, artan nüfus ve gelişen teknolojiler nedeniyle bina sektörünün nihai enerji tüketimi son 15 yılda %66 oranında artış göstermiştir [29]. Nüfusun artması, gelişen
14
inşaat sektörü ve gelişen teknolojinin evlerde çokça kullanımı ile birlikte enerji tüketiminin önümüzdeki yıllarda da artış göstermesi beklenmektedir [23].
3.6. Sanayide Enerji Verimliliği
Türkiye’de sanayide enerji verimliliği çalışmaları, belirli bir süre Ulusal Enerji Tasarruf Merkezi üzerinden yürütülmüştür [22]. Bu birimin kapanmasının ardından enerji verimliliği ile ilgili çalışmalar Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğü’ne aktarılmıştır. Günümüzde hala teşvik ve destekleri bulunan YEGM, sanayide enerji verimliliğinin artırılmasına yönelik birçok çalışma yürütmektedir.
11 Kasım 1995 tarihinde “Sanayi Kuruluşlarının Enerji Tüketiminde Verimliliğinin Artırılması Hakkında Yönetmelik” yürürlüğe girmiştir. Bu yönetmelikte birlikte sanayide yıllık 2000 TEP üzerinde enerji tüketimi olan yaklaşık 600 fabrika enerji tüketimlerinin azaltılması konusunda belirli çalışmalar yapmak zorundadır [24].
Sanayi işletmelerinde enerji verimliliği uygulanması ciddi bir maliyet ve oluşum gerektirmektedir. Bu konuda sanayideki işletmelerdeki ve fabrikalardaki enerji verimliliği kapsamında çalışma yapmak istemeleri ve belirli şartları sağlamaları durumunda devlet tarafından destekler verilmektedir. Önemli bir enerji tasarrufu bulunan sanayi sektöründe devlet firmaları teşvik etmektedir. Bu teşvikler ve desteklerle birlikte hem ülkemiz hem de enerji verimliliği sistemini adapte olacak sanayi kuruluşu bu işlemden kazançlı olarak çıkacaktır. Ülkemizde ekonomik olarak rahatlama sağlayacak ve firma içinse rekabet gücünü artıracak bir çalışma olacaktır.
ETKB tarafından Talep Tarafı Yönetimi Senaryosu oluşturulmuştur. Bu senaryoya göre 2020 yılı itibarı ile elektrik tüketiminin yapılarda ve binalarda 20 TWh, sanayide 34 TWh azaltılabileceği hesaplanmıştır [30]. Bu değerler ışığında konut ve sanayi sektörünün enerji tasarruf değerleri diğer sektörlere göre fazlalık göstermektedir. Bu nedenle çalışmalar konut ve sanayi sektörüne yoğunlaşmıştır.
Yapılan çalışmalar sonucunda ülkemizdeki 529 sanayi tesisinin büyük bir çoğunluğunda %10 - 44 arasında değişen oranlarda bir enerji kaybı söz konusudur.
Geriye kalan tesislerde ise enerji kaybı oranı %10’un altındadır [31]. Bu oranlar incelendiğinde sanayimizde kullanılan birincil enerjinin büyük bir oranı kayıplara gitmektedir. Bu orana denk gelen enerji kaybı ise ürünlerin maliyetleri artırmakta ve firmaların rekabet gücünü azaltmaktadır.
2016 yılında GSYH’daki imalat sektörü %16,6 payıyla birlikte ikinci yüksek paya sahiptir [32]. Bu durumda gösteriyor ki sanayi sektörü ülkemizin lokomotif görevini üstlenen sektörlerden biridir. UEVEP’ e göre 2015 yılında yapılan çalışmada sektörlere göre dağılımda sanayi sektörünün enerji tüketimindeki payı %32,4 ve elektrik tüketimindeki payı ise %47,6’dır [29]. Bu da Türkiye’de sanayi sektörünün Türkiye’nin enerji tüketiminde önemli yer tutan bir sektör olduğuna işaret etmektedir.
Şekil 3.3. Yıllara göre üretim sanayi enerji tüketimleri [23].
Şekil 3.3’te de görülebileceği üzere imalat sanayisindeki enerji tüketimi yıllara artış göstermektedir. Bu artan enerji tüketimi ile birlikte neden sanayide enerji verimliliği çalışmalarına önem veriliyor sorusunun cevabı olarak gösterilebilir.
ALÜMİNYUM SEKTÖRÜ
Ülkemiz 1950 yılında alüminyum sektörüne giriş yapmıştır. İlk zamanlarda oldukça az bir miktarda alüminyum işleniyordu. Kullanım alanlarının artması ile birlikte alüminyuma olan ihtiyaç günden güne artış göstermekteydi [33]. Gün geçtikçe artan alüminyum ihtiyacı nedeniyle ve kısıtlı alüminyum rezervlerinden dolayı firmalar ithalata yöneliyordu. Yerli firmaların dünya rekabetine girebilmeleri ve ithalat miktarlarının düşürülmesi amacıyla boksit rezervi araştırmalarına başlanmıştır. Bunun sonucunda Maden Tetkik Arama tarafından Seydişehir’in Mortaş Doğankuzu mevkiilerinde işletilebilir boksit rezervleri tespit edildi. 1974 yılında Etibank Seydişehir Alüminyum Tesisleri birincil alüminyumun işlenmesi ve üretilmesi amacıyla kurulmuştur [33].
Seydişehir Alüminyum Tesislerinin birincil alüminyum üretiminde tek kuruluş olması artan talepler ve kapasiteye yetişememesinden dolayı 1985 yılında ithalat yapılmaya başlanmıştır. Gelişen alüminyum sektörünün sonucu olarak dernekler kurulmaya başlanmıştır. Bu derneklerden biri olan Türkiye Alüminyum Sanayicileri Derneği 1992’de Avrupa Alüminyum Birliği’ne üye oldu [34].
Türkiye 87 milyon ton boksit rezervine sahiptir. Bu oran ise dünya rezervlerinin sadece
%0,4’ünü oluşturmaktadır. Üretilebilecek toplam birincil alüminyum miktarı 87 milyon ton boksit rezervinin üçte biri kadardır [35]. Bu nedenle yerli üretim için alüminyum yetersiz kalmakta ve ülkemizin ithalatını artırmaktadır. Bu yüzden ithal ettiğimiz alüminyum madenini katma değerli işlerde kullanmamız gerekliliği ortaya çıkmaktadır.
Tablo 4.1.Alüminyum ithal edilen ülkeler ve payları [36].
Alüminyum Sektörü İthalatı Ülkelere Göre (USD)
Ülkeler 2015 2016 Değişim (%) Pay (%)
Rusya 868411,713 584689,379 -32,7 20,4
Tablo 4.1. (Devamı)
Malezya 61690,957 202148,680 227,7 7,1
Almanya 237428,485 199130,933 -16,1 7,0
Çin 156228,525 133677,242 -14,4 4,7
BAE 182786,500 130014,574 -28,9 4,6
Katar 193235,325 125688,605 -35,0 4,4
Tacikistan 162001,340 116814,304 -27,9 4,1
Hindistan 139647,591 99015,014 -29,1 3,5
Güney Afrika 99802,450 98875,321 -0,9 3,5
İtalya 78001,488 80564,718 3,3 2,8
Diğer 1154298,058 1087039,303 -5,8 38,0
Toplam 3333532,432 2865840,092 -14,3
Tablo 4.1.’de görüldüğü gibi ülkemizin alüminyum ithalatı 2016 yılında bir önceki yıla göre %14 azalışla 2,9 milyar dolar olurken, bu rakamla Türkiye dünya toplam ithalatından %2 pay alırken, dünya toplam ithalatındaki sıralaması 18 olmuştur.
Tablo 4.2.’de görüldüğü gibi 2016 yılında alüminyumu en çok ihraç ettiğimiz ülkelerin başında Almanya, İtalya, İngiltere ve Fransa gelmektedir. 2016 yılında Almanya listede ikinci sırada bulunan İngiltere’ye göre yaklaşık üç kat ihracat payına sahip olmuştur. 2016 yılındaki ihracatıyla birlikte İngiltere bu senenin %13,9 artışla en büyük artışın yakalamıştır. Payı yüksek olan diğer ülkelerdeki durum ise 2015 yılına göre %23,6 azalma göstermiştir. Ülkelere ihraç edilen alüminyumun 2016 yılı genel toplamında %5,8’lik bir azalma meydana geldiği görülmüştür.
Tablo 4.2. Alüminyum ihraç edilen ülkeler ve payları [36].
Alüminyum Sektörü İhracatı Ülkelere Göre (USD)
Ülkeler 2015 2016 Değişim (%) Pay (%)
Almanya 387927,383 380451,637 -1,90% 17,18%
Birleşik Krallık 116154,012 132275,981 13,90% 5,97%
İtalya 123392,290 113822,679 -7,80% 5,14%
Fransa 108383,255 110572,135 2,00% 4,99%
Irak 122478,784 100767,813 -17,70% 4,55%
Polonya 86717,392 88290,471 1,80% 3,99%
18
Tablo 4.2. (Devamı)
İspanya 80603,078 69727,849 -13,50% 3,15%
İsviçre 65360,530 66159,230 1,20% 2,99%
Türkmenistan 77485,567 63660,606 -17,80% 2,88%
Hollanda 55502,477 56281,351 1,40% 2,54%
Diğer 1120598,202 1032177,147 -23,60% 46,62%
Toplam 2344598,721 2214186,898 -5,80%
Tablo 4.3.’te görüldüğü gibi dünyada en çok alüminyum ithal eden ülkeler arasında Almanya, ABD ve Hollanda yer almaktadır. Özellikle listenin ilk iki sırasındaki ülkelerin ithalattan aldıkları pay diğer ülkelere göre oldukça fazladır. Bir önceki seneye göre özellikle ABD ve Vietnamın bu konudaki paylarının artışı dikkat çekmektedir. Türkiye 2014 yılında dünya alüminyum hammadde ithalatının % 4,4'ü seviyesinde, 2,5 milyar dolar değerinde 1,09 milyon ton alüminyum ithalatı ile 7.
sırada yer almıştır.
Tablo 4.3. En çok alüminyum ithal eden ülkeler ve payları [36].
Dünya Alüminyum İthalatında İlk 10
Ülke (USD Bin)
2014 2015 2016 Toplam
İthalattan Alınan Pay (%)
ABD 17114460 17868410 18740342 11,9%
Almanya 18210897 16834704 16737777 10,6%
Hollanda 8765569 7585552 7280114 4,6%
Japonya 8844401 7964572 6922992 4,4%
Fransa 7143837 6468279 6265182 4,0%
Çin 8039030 6929554 5946234 3,8%
Vietnam 1693916 2571530 5898972 3,8%
Güney Kore 6229697 5992145 5421818 3,4%
İtalya 6106084 5643246 5325613 3,4%
Meksika 5294712 5481743 5265643 3,3%
Toplam 172395633 162981343 157200181
Tablo 4.4.’te görüldüğü gibi dünya alüminyum ihracatındaki başlıca ülkeler Çin Almanya ve ABD’dir. Alüminyum ihracatında son yıllarda azalma meydana gelmektedir. Ülkemiz dünya alüminyum satışındaki %1,5 payı ile 21. sırada yer almaktadır. Türkiye toplam alüminyum ithalatında dünyada %2 pay ile 15. sırada yer almaktadır.
Tablo 4.4. En çok Alüminyum ihraç eden ülkeler ve payları [36].
Dünya Alüminyum İhracatında İlk 10
Ülke (USD Bin)
2014 2015 2016 Toplam
İthalattan Alınan Pay (%)
Çin 22615470 23808388 21208479 13,4%
Almanya 16965740 15562181 15331800 9,7%
ABD 12736128 12047474 12240318 7,7%
Kanada 8851104 8220300 8079492 5,1%
Hollanda 8383227 7135085 7179405 4,5%
Rusya 6325357 7060108 5980102 3,8%
İtalya 6545213 5788957 5775526 3,6%
BAE 4393954 5290379 5372458 3,4%
Fransa 5433370 4857735 4859589 3,1%
Avusturya 4148033 3935899 3748739 2,4%
Toplam 176005280 165502392 158778808
Birincil alüminyum üretimi az olan ülkeler dışarıdan ithal ettiği alüminyumu katma değerli bir şekilde ürün haline getirmelidir. Ülkemiz alüminyum hammadde ihtiyacının %95'ini ithal ederken, ithal ettiği hammaddeyi katma değerli bir şekilde ürün haline getirmesi sayesinde ara-mamül ve son-mamül seviyelerinde dünyada ihracatta önemli bir konuma gelmiştir. Giriş bölümünde de bahsedildiği gibi ülkemiz ekstrüzyon sektöründe dünya ticaretinin %4'ünü gerçekleştirirken bu sayede dünyada 7. sıradadır. Yassı mamülde dünya ticaretinin %2,2'si ile dünyada 11. sırada alüminyum folyo ihracatında da %2,5 pay ile 7. sırada yer almaktadır [4].
20
TALSAD’daki verilere göre Türkiye’deki alüminyum üretiminde ekstrüzyon %27 yassı ürünler %20, ikincil alüminyum %9, iletken %8, folyo %7 ve birincil alüminyumun %3 oranında pay aldığı görülmektedir [36].
Tablo 4.5.’te verilen değerlere göre ISO-1000 listesindeki 12 firmanın ekstrüzyon sektöründeki üretimlerdeki payı %78’dir. Ekstrüzyon firmalarının büyüklüklerinin artması ile birlikte kapasite kullanım oranları da artmaktadır.
Tablo 4.5. Alüminyum üretim sektörleri ve bu sektördeki firmaların üretimdeki payları [4].
Sektör İSO-1000 Firma Sayısı
Üretimden Satışlar (MilyonTL)
Sektörde Toplam Firma
Sayısı
Toplam Sektörel Büyüklük (MilyonTL)
Payı
Ekstrüzyon 12 2,894 78 3,705 78%
Döküm 9 2,868 195 3,108 92%
Yassı ve Folyo 2 1,842 57 3,477 53%
İletken 4 922 7 1,150 80%
Son Mamül 6 985 1100 5,448 12%
İkincil 4 672 125 2,019 36%
Birincil 1 262 1 262 100%
Toplam 38 10,445 1563 19,169 54%
ISO-1000 listesinde bulunan 9 firmanın döküm sektöründeki üretimlerdeki payı
%92’dir. Döküm sektöründeki firma sayısı yaklaşık 195’tir. Sektörde en fazla firma sayısı yaklaşık 1100 firma ile son-mamul üreten firmalardır. Birincil alüminyum üretiminde sadece bir tane firmamız bulunmaktadır. Son rakamlar itibarıyla alüminyum üretim sektöründe yaklaşık olarak 1563 firma bulunmaktadır.
Birincil alüminyum üretimlerindeki ülkemizin yaşadığı kısıtlardan dolayı bu konuda rekabet edilebilecek düzeye çıkılması oldukça zor olmaktadır. Ancak daha önce belirtildiği gibi ülkemiz özellikle ekstrüzyon ve yassı mamul üretimlerinde önemli bir düzeye sahiptir. En çok ihracat yaptığımız ve katma değerli ürünler üretilen alanlar bu şekildedir. Diğer sektörlerde de bu düzeyi sağlamamız durumunda ülkemizin ihracat oranı artacak ve ekonomik olarak katkı sağlayacaktır.
ALÜMİNYUM ÜRETİMİ VE ÜRETİMDE KULLANILAN EKİPMANLAR
Alüminyum ekstrüzyonla üretimde alüminyuma tasarlanmış olan ve pres üzerinde bulunan bir kalıp içinde şekillendirilmiş bir kesit boyunca akış için zorlanması ile malzemeye şekil verilmesinin tanımıdır [37].
Alüminyumun genel olarak avantajları hafifliği, yüksek mukavemet değerleri, bazı alaşımlarındaki yüksek korozyon dirençleri, ısıyı iyi iletebilmesi, işlenebilirliğinin kolay olması, esnekliği ve yüksek elektrik iletkenliğine sahiptir. Bu sebeplerden dolayı alüminyumun ekstrüzyonu ile üretilmiş parçalar bir çok sektörde etkin bir şekilde kullanılmaktadır. Alüminyum ekstrüzyon prosesinin avantajlarıysa, yüzey kalitesi zorlu parçaların kolayca üretilmesi, ürünlerin daha hassas toleranslarda üretilmesi kalıp tasarımlarından sonraki süreçlerin hızlı ve çoklu metrajlarda üretilmesi ile birlikte üretim maliyetlerinin uygun olması olarak sıralanabilir [38].
Alüminyum ekstrüzyonla üretim sistemlerinde üretilecek parçaların kesitlerine göre seçilmekle birlikte çeşitli tonajlarda presler, alüminyumun akışını kolaylaştırması amacıyla ön ısıtmayı gerçekleştiren Biyet tav fırınları, alüminyumun akışı kolaylaştıracak şekilde kalıplara da bir ön ısıtma gerekmektedir. Bu ön ısıtmayı sağlayan makine ise kalıp tav fırınlarıdır. Ürünler ekstrüzyon preslerinden çıktıktan sonra bir kesici yardımıyla kesilmektedir. Daha sonra mukavemet özelliklerinin iyileştirilmesi ve malzemenin homojen bir yapıya ulaşması için termik fırınlar kullanılmaktadır. Yüzey özelliklerinin iyileştirilmesi ve estetik olarak görüntü katmak amacıyla alüminyum profiller, boyama ve eloksal kaplama işlemlerine tabi tutulabilirler. Statik toz boya sistemleri ve eloksal sistemleri de alüminyum ekstrüzyon üretim sistemlerinde kullanılan makineler olarak adlandırılabilir.
22
5.1. Termik ve Homojenizasyon Fırınları
Şekil 5.1.’de bir örneği bulunan termik fırınlar alüminyum profillerin mekanik özelliklerinin artırılmasında (yaşlandırma) kullanılmaktadır. Termik fırınların ortalama çalışma sıcaklığı 180°C’dir. Bu sistemlerde sisteme verilen ısı doğalgazdan elde edilmektedir.
Şekil 5.1. Termik fırın [39].
Homojenizasyon fırınları ise döküm sonrasında biyetlerin mekanik özelliklerinin artırılması ve yapının daha homojen hale gelerek ekstrüzyon için uygun hale getirilmesi için kullanılmaktadır. Çalışma sıcaklığı 500°C’dir. Bu iki sistemde de ısı doğalgazdan elde edilmektedir. Şekil 5.2.’de homojenizasyon fırınına ait bir görsel bulunmaktadır.
Şekil 5.2. Homojenizasyon fırını [40].
5.2. Biyet Tav Fırınları
Ekstrüzyon preslerinden hammadde olarak kullanılan çeşitli boyutlarda, presin tonajına ve ölçülerine göre kullanılan biyetlerin şekillendirilme sıcaklığına çıkartmak için kullanılan fırınlara biyet tav fırını denmektedir. Biyet tav fırınları alaşıma göre 350-500°C arasında sıcaklıklarda çalışmaktadır. Biyet tav fırınlarında hammaddeyi şekillendirmek sıcaklığına ulaştırmak için verilen ısı doğalgazdan elde edilmektedir.
Genel olarak kullanılan kutu tipi ve tünel tipi biyet fırınları mevcuttur. Tünel tipi ve kutu tipi biyet tav fırınları sırasıyla Şekil 5.3. ve Şekil 5.4.’te gösterilmiştir.
Şekil 5.3. Tünel tipi biyet tav fırını.
Şekil 5.4. Kutu tipi biyet tav fırını [41].
24
5.3. Kalıp Tav Fırınları
Alüminyum ekstrüzyon işleminde temel şekillendirici olarak elde edilecek profilin şekline uygun olarak tasarlanan solid ve zıvanalı olarak adlandırılan kalıpları alüminyumu alaşımlarına göre değişmekle birlikte şekillendirme sıcaklığına çıkaran fırınlara verilen genel addır. Çalışma sıcaklıkları 400-500°C’lere çıkabilmektedir.
Kalıp fırınlarının kalıpları istenilen sıcaklıklara çıkartması için kullanılan ısı %95 oranla elektrik enerjisinden elde edilmektedir. Kalıp tav çeşitleri olarak sırasıyla Şekil 5.5. ve Şekil 5.6.’da örnekleri verilmiş olan önden ve üstten kapaklı kalıp tav fırınları bulunmaktadır.
Şekil 5.5. Önden kapaklı kalıp tav fırını.
Şekil 5.6. Üstten kapaklı kalıp tav fırını [42].
5.4. Presler
Alüminyum ekstrüzyon sistemlerinde, Şekil 5.7.’de görüldüğü gibi daha önceden ekstrüzyon sıcaklığına getirilmiş olan Biyete zımba denilen elemanıyla baskı uygulayarak ana şekillendirici olan kalıp içinde malzemenin akmasını ve şekil değiştirmesini sağlayan makinelere verilen addır. Çeşitli tonajlarda bulunan bu presler üretilecek parçanın kesidini ve en/boy oranına göre belirlenmektedir. Genellikle hidrolik sistemle çalışmaktadırlar. Şekil 5.8.’de makinanın ana görseli bulunmaktadır.
Şekil 5.7. Ekstrüzyon pres şematik gösterimi [43].
Şekil 5.8. Ekstrüzyon pres.
5.5. Statik Toz Boya Sistemleri
Alüminyum profillerin yüzeylerinin reçineyle kaplanması ile; pigment ve diğer malzemelerden oluşan toz partiküllerin elektriksel olarak yüklenerek profil yüzeyine
26
yapışması sağlanmaktadır [3]. Parçada estetik bir görüntü oluşturması amacıyla yapılan bu işlem yüzeylerin çeşitli kimyasallar ile temizlenmesi ve bu işlemden sonra fırınlanması olarak iki adımda gerçekleştirilir. Yüzeylerin kimyasalla temizleme işleminden sonra nemin parça üzerinden alınması için kurutma fırınları, boyanın kürlenmesi ve yapışmasını sağlamak amacıyla ise kürleme fırınları kullanılmaktadır.
Kurutma fırınları yaklaşık 100°C çalışma sıcaklıklarına sahipken, kürleme fırınlar 140-220°C arası sıcaklıklarda çalışmaktadır.
5.6. Eloksal Sistemi
Alüminyuma özel bir kaplama çeşididir. Statik toz boya uygulamaları gibi yüzey özelliklerinin iyileştirilmesinde ve estetik bir görünüm katması amacıyla kullanılmaktadır. Alüminyumun bir çeşit oksitlenme olayı ile eloksal kaplama oluşmaktadır. Eloksal sisteminin bileşenleri olarak buhar kazanı, buhar taşıma boruları, havuzlar ve yüzey kurutma fırınları bulunmaktadır. Eloksal sisteminin bileşenlerinden olan Şekil 5.9.’da gösterilen eloksal havuzlarında alüminyum profiller veya parçalarda kaplama işlemi gerçekleştirilir.
Şekil 5.9. Eloksal havuzu [44].
5.7. Ergitme ve Bekletme Ocakları
Hurda olarak ayrılan alüminyumların eritilerek geri kazanımı için Şekil 5.10.’da gösterilen ergitme ocakları kullanılmaktadır. Şekil 5.11.’de gösterilen bekletme ocakları ise sıvı alüminyumun dökümünün uzun vakitler alacağı işlemlerde alüminyumun sıcaklığının hedef sıcaklığın altına düşmemesi için kullanılan ocaklardır. Ocaklarda ısı kaynağı olarak doğalgaz kullanılmaktadır.
Şekil 5.10. Ergitme ocağı [45].
Şekil 5.11. Bekletme Ocağı [46].
